测量差分输出、电流形式数/模转换器（DAC）的线性度

留意：Maxim供给各种精度的电流输出DAC。本文中，将以MAX5891 作为丈量和标准阐明的特例。但所介绍的参数和丈量办法能够用于其他的差分输出、电流办法DAC。

线性参数阐明

界说数据转化器线性精度首要有两个参数：积分(INL)和差分(DNL)非线性。INL是输出传输函数和抱负直线之间的差错；DNL是转化器输出步长相关于抱负步长的差错。

能够选用两种办法之一对INL进行界说：(1)端点INL或(2)最佳拟合INL。端点INL是选用DAC传输函数端点测得的实践值核算转化器的线性度；最佳拟合INL则是核算传输函数的斜率取得INL的峰值。



图1a. 端点积分非线性差错



图1b. 最佳拟合积分非线性差错

图1a和图1b以图形的办法显现了两种测验办法与给定传输函数之间的联系。留意，两种状况中，DAC传输函数曲线的数值和形状都相同。还要留意，图1a的端点线性度有较大的正INL，而没有负差错。

选用图1b所示的最佳拟合办法，将部分正差错转移到直线的负侧，以下降陈述的最大INL。留意，线性度差错总量和直线核算成果相同。

DNL界说了解起来要难一些，确认最低有用位(LSB)的权值会影响DNL。DAC中需求考虑DNL没有小于-1 LSB的编码。小于这一电平的DNL差错标明器材对错单调的。当输出不随输入码增大而减小时，或许输出不随输入码减小而增大时，DAC是单调的。图2解说了正、负DNL差错，澄清了单调的概念。

丈量线性度所选用的办法需求考虑待*估DAC的体系结构。优先挑选将电流办法DAC输出转化为电压，由于这样能够运用电压表而不是电流表。一般的万用表在丈量电压时分辨率要高于电流丈量。电流源的装备决议了需求丈量多少位编码才干对器材功能进行准确的*估。



图2. DNL差错实例

有许多办法能够将电流(I)转化为电压(V)，首要取决于几种要素。首要考虑运用万用表进行丈量，能够得到的最高分辨率决议了准确丈量的最小LSB权重。引荐LSB权重与外表分辨率的比是100比1；外表应能够丈量LSB的1/100。

待测DAC的输出额外容限也影响了如何进行I至V的转化。电流办法DAC输出容限是指器材在输出上能够接受多大的电压而不会对功能有影响。增大负载电阻会进步电压摆幅和LSB的巨细，可是容限约束了最大负载。

代替简略的电阻转化的办法是运用虚拟地装备的运算放大器，如图3所示。由于DAC输出电压坚持为零，这种装备的优势是能够进步LSB的巨细，显着高于容限约束。但是，放大器容限和线性度以及热梯度会影响丈量。相同的，需求两个匹配放大器来丈量差分输出器材。



图3. 虚拟地的I至V转化

丈量线性度时需求考虑的另一要素是待*估DAC的分辨率。器材分辨率越高，LSB越小。考虑MAX5891 (16位)、MAX5890 (14位)、MAX5889 (12位)器材。每一器材的满量程输出为20mA。运用50Ω负载时，相应的LSB巨细为15.25?V、61.04?V和244.2?V。LSB越小，万用表需求的精度和分辨率就越高。

考虑到DAC的分辨率，还应该确认需求多少位编码才干准确地丈量器材功能。16位器材有65,536个或许的输入编码，12位器材有4,096个。由于不或许人工丈量一切这些编码，因而，常用的办法是丈量编码子集。少数的编码减少了收集数据所需求的时刻，而且能够供给十分准确的成果。把握器材的体系结构有助于挑选某一器材的最佳编码。

丈量电流输出器材的线性度时，温度效应比较显着。输出负载电阻的功耗导致发热，然后改变了电阻值(除非选用的电阻具有0ppm温度系数)。处理这一问题的办法是转化输入编码，有用地对负载功耗进行均匀。

这儿选用的办法十分合适主动丈量，由于它能够减小一切编码的延迟时刻。丈量每一编码及其补码，例如0x4800，然后是0xB7FF。经过丈量每一编码及其补码，负载均匀功率坚持固定，这是由于选用了从零到满量程递加的办法来丈量最高有用位(MSB)输入。由于在量程中部丈量LSB，该办法不太合适，由于功率的改变适当小。

丈量阐明

以下是Maxim开发的几种器材所选用的线性度丈量办法。MAX5873 、MAX5875 、MAX5885、MAX5888 MAX5891、MAX5895 和MAX5898 /都选用了该办法进行丈量。在开始规划*估和产品测验时进行了实验室丈量。尽管下面实例针对MAX5891，该办法也能够用于其他器材。

MAX5891选用了5-4-3-4分段结构。分段是指将一个16位器材有用地分红四个独自的DAC，一个5位、一个4位、一个3位和第二个4位器材。5个MSB含有31个(25 – 1)等权重电流源，关于5位分辨率，每个输入编码选用一个等权重电流源。下一个4位运用15个源，再下一个3位运用7个。4个LSB是二进制权重电流源，每个低位比特等于前一比特值的一半。

电流源的总数57 (31 + 15 + 7 + 4)加上满幅值和零值，确认了丈量MAX5891线性度所需的最少编码数。59次丈量支撑从头构建完好的DAC输出传输函数。一旦确认了传输函数，即可核算线性度。该办法尽管缩短了测验时刻，但下降了丈量精度。表1列出了引荐的MAX5891编码组。

表1. 5-4-3-4体系结构16位编码组



MAX5890和其他Maxim 14位器材运用5-4-3-2分段体系结构，14位体系结构的编码组如表2所示。MAX5889和其他Maxim 12位器材运用5-4-3体系结构，12位体系结构的编码组如表3所示。

表2. 5-4-3-2体系结构的14位编码组